ESD器件防护原理

1、ESD 器件防护原理 TOC o 1-5 h z ESD 器件的主要性能参数 2TVS 管(硅半导体 )2 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 压敏电阻 (MLV/MOV) 3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document TVS 管和压敏电阻应用场合 4ESD 器件防护原理这里介绍手机中比较常用的 TVS 管和压敏电阻。ESD 器件的主要性能参数、 最大工作电压 （ Max Working Voltage ）允许长期连续施加在ESD 保护器件两端的电压（ 有效值 ） ，在此工作状态下 ESD 器件不导通，保

2、持高阻状态，反向漏 电流很小。、 击穿电压 （ Breakdown Voltage ）ESD 器件开始动作（ 导通 ） 的电压。一般地， TVS 管动作电压比压敏电阻低。、 钳位电压 （ Clamping Voltage ）ESD 器件流过峰值电流时，其两端呈现的电压，超过此电压，可能造成ESD 永久性损伤。、 漏电流 （ Leakage Current ）在指定的直流电压（ 一般指不超过最大工作电压） 的作用下，流过ESD 器件的电流。一般地， TVS 管的反向漏电流是nA级，压敏电阻漏电流是 P A级，此电流越小，对保护电路影响越小。、 电容 （ Capacitance ）在给定电压、频率

3、条件下测得的值，此值越小，对保护电路的信号传输影响越小。比如硅半导体TVS 管的结电容 （ pF 级 ） ，压敏电阻的寄生电容（ nF 级 ）、 响应时间 （ Response Time ）指ESD器件对输入的大电压钳制到预定电压的时间。一般地，TVS管的响应时间是 ns级，压敏电阻是 P s级，此时间越小，更能有效的保护电路中元器件。、 寿命 （ ESD Pulse Withstanding ）TVS 技术利用的是半导体的钳位原理，在经受瞬时高压时，会立即将能量释放出去，基本上没有寿命限制；而压敏 电阻采用的是物理吸收原理， 因此每经过一次ESD 事件，材料就会受到一定的物理损伤， 形成无法

4、恢复的漏电通道，会随着使用次数的增多性能下降，存在寿命限制。TVS 管 （ 硅半导体 ）P-N瞬态抑制二极管（ Transient Voltage Suppressor ）简称 TVS, 是一种二极管形式的高效能保护器件，利用结的反向击穿工作原理，将静电的高压脉冲导入地，从而保护了电器内部对静电敏感的元件。以瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS 二极管为例：当TVS 二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后,TVS 二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。

5、TVS 管的失效模式主要是短路，但当通过的过电流太大TVS 管被炸裂而开路。TVS 管有单向和双向两种，单向 TVS 管的特性与稳压二极管相似，双向I-V 曲线特性图见图 1 ，图中性能参数注解：TVS 管的特性相当于两个稳压二极管反向 反向断态电压（ 截止电压 ） VRWM 与反向漏电流I R ：反向断态电压（ 截止电压 ） VRWM 表示TVS 管不导通的最高电压，在这个电压下只有很小的反向漏电流I R。 击穿电压VBR : TVS 管通过规定的测试电流IT 时的电压，这是表示TVS 管导通的标志电压。 脉冲峰值电流Ipp： TVS 管允许通过的 10/1000P s波的最大峰值电流（8/

6、20 P s波的峰值电流约为其倍左右，8/20 P s是定义I pp脉冲波电流，请参考下图2），超过这个电流值就可能造成永久性损坏。在同一个系列中，击穿电压越高的管子允许通过的峰值电流越小。 最大箝位电压VC: TVS 管流过脉冲峰值电流Ipp 时两端所呈现的电压。 正向导通电压除上述性能参数外，VF： TVS 通过正向导通电流I F 的压降。TVS 管还有一个关键参数： p-N 结电容 C 。B3 1 TVS管IW曲线特性图Fig 1.8/20 yis pulse waveform according toIEC 61000-4 5Fig 2. ESD pul ? waveform jcco

7、rding to IEC 61000A2图4 1090074 的电气特性、压敏电阻（MLV/MOV）多层压敏电阻（MLV）及金属氧化物压敏电阻（MOV）利用ZnO等压敏陶瓷材料的压敏特性，实现了对静电的防护，压敏电阻器V的电阻体材料是半导体，当施加于压敏电阻器两端电压小于其压敏电压，压敏电阻器相当于 10M Q 以上绝缘电阻；当在压敏电阻器两端施加大于压敏电压的过电压时，压敏电阻器的电阻急剧下降呈现低阻态，从而把电荷快速导走，有效地保护了电路中的其它元器件不致过压而损坏。压敏电阻采用的是物理吸收原理，因此每经过一次ESD 事件，材料就会受到一定的物理损伤，形成无法恢复的漏电通道，会随着使用次数

8、的增多性能下降，存在寿命限制问题。压敏电阻支持双向保护，它的伏安特性是完全对称的，见图 5 ， VW ：正常工作电压( Working Voltage) 。 lL: 最大Vw 工作条件下的漏电电流( Leakage Current) 。压敏电阻的失效模式主要是短路，但当通过的过电流太大时，也可能造成阀片 被炸裂而开路。预击穿区（V Vbr）:在此区域内，当施加于压敏电阻器两端电 压小于其压敏电压，压敏电阻器相当于10MQ以上绝缘电阻。击穿区（Vbr VVc）：当在压敏电阻器两端施加大于压敏电压 的 过电压时，压敏电阻器的电阻急剧下降呈现低阻态，其两端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化。上升区（Vc V）:当过电压很大，上升区电流和电压几乎呈线 性 关系，压敏电阻在该区域已经恶化，失去了其抑制过电压、吸 收或 释放浪涌能量等特性，甚至造成压敏电阻永久性的损坏。图5 ZnO等压敏陶瓷材料的压敏电阻 I-V曲线特性图四、TVS管和压敏电阻应用场合通过对TVS管和压敏电阻的性能对比，根据各自的优点，适合应用场合列下：1、与压敏电阻比较，TVS管具有响应时间快、钳位电压偏差小、结电容小、反向漏电流小和无寿命限制等优点，因而较适合于信号质量要求高、